DD249632A1 - Implantat - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Implantat, das als Hemi- oder Endoprothese Verwendung findet. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Implantat zu schaffen, das trotz Bioaktivitaet und dadurch bedingter Auslaugung eine hohe mechanische Stabilitaet behaelt und das verbleibende Implantatgeruest das Einwachsen von biologischem Gewebe beguenstigt. Die Aufgabe wird geloest durch einen Formkoerper aus Siliciumnitrid oder Siliciumcarbid und gegebenenfalls Anteilen bioaktiver Materialien. Der poroese Formkoerper weist eine Koernung von 20 bis 100 Mikrometer und eine Porositaet von 10 bis 30% auf. In und auf diesem Formkoerper sind Wachstumsstimulatoren eingelagert und/oder bioaktive Glaskeramiken und/oder Bioglas mit einem substratspezifischen Stuetzgeruest aufgebracht.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Implantat für die Verwendung als Hemi- und Endoprothesen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, als Implantatmaterialien je nach Verwendungszweck Kohlenstoff bzw. -fasern (DE-OS 2142820, DE-OS 2157139, DE-OS 2224614), Tantal (DE-OS 2142820), Titan oder-legierungen (DE-PS 2628284, DE-OS 2925371), Aluminiumoxidkeramiken (DE-OS 2259313, DE-OS 2134316), Glaskeramiken (DE-OS 2326100, DE-OS 2836152), Tricalciumphosphatkeramiken (DE-OS 2905647), Kobalt-Chrom-Legierungen, organische Kunststoffe (DE-OS 2603456) u.a. einzusetzen.

In mehreren komplizierten Verfahrensschritten wird versucht, die Oberflächen der Implantate gezielt gewebefreundlich durch Aufrauhen, Aufsintern, Aufdampfen u.a. zu bearbeiten. Trotz hohen Aufwandes entspricht die erreichte Qualität der gewebefreundlichen aufgerauhten Oberflächen nicht den medizinischen Erfordernissen, da diese Implantate nach geraumer Zeit vom Körper wieder abgestoßen werden. Um diesem Vorgang im bestimmten Maße entgegenzuwirken, werden zum Steuern der Gewebereaktion und zur Stimulation des Aufwachsens des Gewebes in die aufgebrachte Schicht des Implantates bestimmte Ionen wie Li, B, C, F, Na, Mg, Si, P, K, Ca eingebracht, wie es z. B. für Sinterkeramik in DE-OS 2324867 beschrieben wird. Da die Schicht sehr dünn ist, werden diese Ionen schnell verbraucht. In DD 202613 und DE-OS 2838759 wird versucht, diese physiologisch aktiven Stoffe, z. B. CaF₂, auf eine passivierende Schicht wie Siliciumnitrid mittels aufwendiger vakuumtechnischer Beschichtungsverfahren aufzubringen. Bei dieser Variante ist eine geringe Verbundstabilität vorhanden. Die Geschlossenheit der dünnen Schicht ist nicht gewährleistet, so daß Diffusionsprozesse auf dem Substratmaterial die Biokompatibilität negativ beeinflussen. Eine Bioaktivität wird nicht erreicht.

Konventionelle Implantate aus Aluminiumoxidkeramik haben den Nachteil, daß sie eine ungenügende Schlag-Biegefestigkeit besitzen (Lit. Petzold „Anorganische Nichtmetallsiche Werkstoffe" VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie Leipzig 1981) und die dafür nötigen Ausgangsstoffe kostenintensiv, hochrein erzeugt werden müssen.

Ein weiterer Nachteil für viele medizinische Anwendungen als Implantat ist die geringe Porosität der gesinterten Aluminiumoxidkeramik. In DE-OS 2733394 wird ein Kunstzahn beschrieben, der als Kern ein Metallgerüst besitzt, worauf eine biostabile Polymerschicht aufgebracht ist, deren Oberfläche mit resorbierbaren bioreaktiven gesinterten Calciumphosphat dotiert ist. Diese erfindungsgemäße Lösung hat den Nachteil, daß die Verbundstabilität gering ist.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, ein Implantat einfach mit geringem Kostenaufwand zu schaffen, das sich durch hohe Stabilität und lange Funktionsdauer auszeichnet.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Implantat zu schaffen, das trotz Bioaktivität und dadurch bedingter Auslaugung eine hohe mechanische Stabilität behält und das verbleibende Implantatgerüst das Einwachsen von biologischem Gewebe begünstigt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Formkörper aus Siliciumnitrid oder Siliciumcarbid besteht und gegebenenfalls Anteile bioaktiver Materialien enthält.

In weiterer Ausbildung des erfindungsgemäßen Implantates ist es günstig, daß die bioaktiven Anteile Wachstumsstimulatoren, wie Calcium- oder Phosphationen, eine Glaskeramik, Biogläser oder Hydroxylapatit sind.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der Formkörper aus Siliciumnitrid oder Siliciumcarbid von einer Körnung von 20 bis 100 Mikrometer besteht. Die Porenöffnungen des Formkörpers betragen bis zu 400 Mikrometer. Die Porosität beträgt vorzugsweise von 10 bis 30%.

Die bioaktiven Bestandteile sind erfindungsgemäß in einem substratspezifischen Stützgerüst mit einer Schichtdicke von vorzugsweise bis zu 1 mm aufgebracht. Sie liegen in einer Konzentratin bis zu 60% vor. Sie können auch einen Konzentrationsgradienten aufweisen und vom Inneren zur Oberfläche des Formkörpers zunehmen.

Derartige Implantate werden hergestellt, indem das Silicium pulver mit einer Körnung von 20 bis 100 Mikrometer zu einem Implantatkörper durch konventionelle Verfahren wie Kalt- oder Heißpressen, Schlickervergießen geformt und einer Nachbehandlung in einer stickstoff- oder kohlenstoffhaltigen Reaktionsgasatmosphäre unterzogen wird, so daß ein Si3N₄-oder SiC-Formkörper mit hoher Porosität von 10 bis 30% entsteht. Dieser Formkörper wird auch direkt durch Heißpressen von S13N4 oder SiC mit entsprechender Körnung erzeugt.

Die Porenöffnungen haben Durchmesser bis 400 Mikrometer, um das Einwachsen des Gewebes oder des Knochens zu ermöglichen. In den so geschaffenen, mechanisch stabilen Formkörper werden bioaktive Glaskeramiken und/oder Wachstumsstimulatoren in Form von anorganischen Salzen wie CaF₂, Ca₃(PO₄I₂ eingelagert. Das erfolgt durch Tauchen in den entsprechenden Suspensionen oder in siliciumhaltigen Schlicker mit den jeweiligen entsprechenden Komponenten, die bis zu 60% vorhanden sind. Der präparierte Formkörper wird einer Nachbehandlung bei 1100 bis 1 400⁰C unterzogen, wobei bei Verwendung von Schlicker die entsprechende Reaktionsgasatmosphäre gewählt wird. Dadurch bildet sich auf einem mechanisch stabilen Kern eine bis zu 1 mm dicke bioaktive Schicht aus, die Ca3(PO₄)₂ und/oder CaF₂ und/oder Glaskeramiken und/oder Biogas mit im Reaktionsgas umgesetzten Silicium als Stützgerüst enthält.

Das Stützgerüst kompensiert die inneren mechanischen Spannungen und erhöht die Verbundstabilität des kompakten Implantates. Das hohe Angebot an resorbierbaren Glaskeramiken, Biogläsern und/oder Wachstumsstimulatoren hat eine hohe Funktionsdauer des Implantates zur Folge.

Die Erfindung soll an zwei Ausführungsbeispielen beschrieben werden.

Ausführungsbeispiel 1

Gemahlenes polykristallines Silicium aus Abfällen der Mikroelektronik mit einer durchschnittlichen Körnung von 50 Mikrometer wird durch eine Säure- und anschließende Laugenbehandlung so gereinigt, daß die Verunreinigungen von Cr, Mo, V, Mn, Co und SiO₂ insgesamt unter 1 % liegen.

Das so gereinigte und getrocknete Material wird isostatisch zu einem Dentalimplantat bei 1100⁰C gepreßt und anschließend in einem Strömungsreaktor in einer NH₃-Reaktionsgasatmosphäre bei Temperaturen von 1 220⁰C 4 Stunden nitridiert. Nach Abkühlung hat der Formkörper eine Porosität von 20% bei Porenöffnungen von 310 Mikrometer.

Dieser Formkörper wird in einer wäßrigen Suspension von Ca3(PO₄)₂ und CaF₂ jeweils 10g/100 ml Lösung unter Vakuum behandelt, anschließend getrocknet und bei einer Temperatur von 1 000⁰C 2 Stunden thermisch nachbehandelt.

Das so hergestellte Implantat zeigt bei Implantation am oder im Knochen einen um ca. 15% erhöhten Anteil an direkten Knochenkontakten gegenüber herkömmlichen Implantaten.

Ausführungsbeispie! 2 _

Der Formkörper wird in einen siliciumhaltigeri Schlicker, der 30% bioaktive Glaskeramik enthält, getaucht und unter Vakuum in die Poren von ca. 300 Mikrometer eingebracht. Der so behandelte Formkörper wird getrocknet und anschließend thermisch in H₂-Strom bei 51O⁰C 4 Stunden zur Umwandlung des Schlickers behandelt. In einer Argon-Stickstoff-Reaktionsgasatmosphäre erfolgt die Nitridierung bei 1 22O⁰C 2 Stunden, wobei eine 0,8mm dicke bioaktive Schicht mit Si3N₄-Stützgerüst entsteht. Die Porosität liegt bei 20% bei mittleren Porendurchmessern von 180 Mikrometer. Das Implantat zeigt bei Implantation am oder im Knochen bis zu 25% mehr Knochenkontakte gegenüber herkömmlichen Implantaten.

Claims (11)

1. Implantat zur Verwendung als Hemi- oder Endoprothese, gekennzeichnet dadurch, daß der Formkörper aus Siliciumnitrid oder Siliciumcarbid besteht und gegebenenfalls Anteile bioaktiver Materialien enthält.

2. Implantat nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die bioaktiven Anteile Wachstumsstimulatoren wie Calcium- oder Phosphationen sind,

3. Implantat nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß dieser bioaktive Anteil eine Glaskeramik ist.

4. Implantat nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die bioaktiven Anteile Biogläser sind.

5. Implantat nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der bioaktive Anteil Hydroxylapatit ist.

6. Implantat nach Punkt 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß der Formkörper aus Si₃N₄ oder SiC von einer Körnung von 20 bis 100 Mikrometer besteht.

7. Implantat nach Punkt 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß der Formkörper Porenöffnungen von bis zu 400 Mikrometer besitzt.

8. Implantat nach Punkt 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch, daß eine Porosität von 10 bis 30% vorliegt.

9. Implantat nach Punkt 1 bis 8, gekennzeichnet dadurch, daß die bioaktiven Bestandteile in einem substratspezifischen Stützgerüst mit einer Schichtdicke vorzugsweise bis zu 1 mm aufgebracht sind.

10. Implantat nach Punkt 1 bis 9, gekennzeichnet dadurch, daß die bioaktiven Bestandteile in einer Konzentration bis zu 60% vorhanden sind.

11. Implantat nach Punkt 1 bis 9, gekennzeichnet dadurch, daß die bioaktiven Bestandteile einen KoTTzmTtraTToTTsgradienten aufweisen und vom Inneren zur Oberfläche des Formkörpers zunehmen.